专利名称：解耦的六自由度并联机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机床和工业机器人，尤其涉及一种用于并联结构虚轴数控机床和 并联机器人的解耦的六自由度并联机构。
背景技术：
并联机构广泛应用于重载模拟设备、机器人、数控机床、传感器及微操作领域。然 而，并联机构各驱动单元之间是耦合的，即并联机构整体输出平台沿任一方向的运动都是 所有驱动单元的运动合成，并且各驱动单元的运动与并联机构整体运动(即输入与输出) 之间是非线性的。这一特性导致并联机构控制复杂，标定困难，且制约了精度的提高。因此， 如何实现并联机构解耦，以简化控制和标定，提高运动精度，一直是一个困难而富有挑战性 的课题。运动解耦并联机器人是指输出运动的任意一个自由度都仅依赖单个驱动单元，其 他驱动单元动作不对此自由度产生影响。具有完全解耦的并联机构运动关系简单、标定简 便、控制精度高、刚度大，在虚轴机床和机器人应用前景广阔。专利文献(公开号CN1261018A)报道了并联机构在空间一个位置(即初始 位置)处的解耦，但其他位置，仍是耦合的，因此该技术属于瞬时解耦。中国发明专利 ZL00100198. UZL00100197. 3、ZL00100196. 5 和 ZL99121020. 4 报道了在微动领域解耦并联 机构，随着工作空间的加大，各驱动单元之间的解耦丧失。公开号为CN1462673A的专利文 献报道了一种五自由度无条件解耦和六自由度有条件解耦的并联机构，不是六自由度完全 解耦的并联机构，公开号为CN1263807A的专利文献报道了一种由移动副驱动的六自由度 解耦并联机构，虽然其运动学是线性方程，但仍不符合单个输出自由度依赖单个驱动器，不 属于完全解耦的六自由度并联机构，完全解耦的六自由度并联机构文献、发明目前尚未检 索到。
实用新型内容本实用新型的目的，就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单、 安装方便、标定容易、控制简单、成本低的用于虚轴机床与机器人的解耦的六自由度并联机 构。为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案一种解耦的六自由度并联 机构，由机架、动平台以及连接在机架与动平台之间的第一运动支链，第二运动支链和第三 运动支链组成；所述的第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链结构相同，各包括通过相应 的连接杆顺序相连的第一移动副、第二移动副、第三移动副以及第一转动副、第二转动副和 第三转动副；其中的第一移动副与机架相连，第三转动副通过连接杆与动平台相连；所述 的第一移动副的轴线方向、第二移动副的轴线方向和第三移动副的轴线方向呈三维正交分 布；所述的第一转动副的轴线方向、第二转动副的轴线方向和第三转动副的轴线方向呈三维正交分布；第一转动副与第三移动副同轴相连。所述的第一运动支链中的第一转动副、第二运动支链中的第三转动副和第三运动 支链中的第二转动副位于同一条轴线上；所述的第一运动支链中的第二转动副、第二运动支链中的第一转动副和第三运动 支链中的第三转动副位于同一条轴线上；所述的第一运动支链中的第三转动副、第二运动支链中的第二转动副和第三运动 支链中的第一转动副位于同一条轴线上；上述三条轴线相交于一点，该点为动平台的中心。所述的三个运动支链的三个第一转动副的轴线方向呈三维正交分布；所述的三个 运动支链的三个第二转动副的轴线方向呈三维正交分布；所述的三个运动支链的三个第三 转动副的轴线方向呈三维正交分布。所述的第一运动支链中的第一移动副与第二运动支链中的第一移动副垂直并与 第三运动支链中的第一移动副平行；所述的第一运动支链中的第二移动副与第二运动支链 中的第二移动副平行并与第三运动支链中的第二移动副垂直；所述的第一运动支链中的第 三移动副、第二运动支链中的第三移动副和第三运动支链中的第三移动副的轴线方向呈三 维正交分布。本实用新型解耦的六自由度并联机构由于采用了以上技术方案，使其与现有技术 相比，具有以下的优点和特点1、具有完全解耦的三个转动自由度和三个移动自由度，每个自由度仅依赖单个主 动副控制，并且机构的位置移动与姿态变化完全隔离，具有非常好的线性关系；2、仅含少量运动副，结构简单、安装方便、转动惯量小，运动响应快。3、运动解耦，基本单个输出自由度仅需要控制单个驱动单元，标定容易，控制简 单，从而降低了开发成本。
图1是本实用新型解耦的六自由度并联机构的立体结构示意图(其中省略了机 架)。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。附图所示为本实用新型的一个较 佳实施例，本实用新型的技术方案不限于本实施例。参见图1，本实用新型解耦的六自由度并联机构，由机架(未图示出来)、动平台4 以及连接在机架与动平台之间的第一运动支链1，第二运动支链2和第三运动支链3组成。本实用新型中的第一运动支链1、第二运动支链2和第三运动支链3结构相同。其中的第一运动支链1包括通过相应的连接杆顺序相连的第一移动副11、第二移 动副12、第三移动副13以及第一转动副14、第二转动副15和第三转动副16 ；其中的第一 移动副11与机架相连，第三转动副16通过连接杆与动平台4相连。第一移动副11的轴线 方向、第二移动副12的轴线方向和第三移动副13的轴线方向呈三维正交分布；第一转动副 14的轴线方向、第二转动副15的轴线方向和第三转动副16的轴线方向呈三维正交分布；第一转动副14与第三移动副16同轴相连。第二运动支链2包括通过相应的连接杆顺序相连的第一移动副21、第二移动副 22、第三移动副23以及第一转动副M、第二转动副25和第三转动副沈；其中的第一移动副 21与机架相连，第三转动副沈通过连接杆与动平台4相连。第一移动副21的轴线方向、第 二移动副22的轴线方向和第三移动副23的轴线方向呈三维正交分布；第一转动副M的轴 线方向、第二转动副25的轴线方向和第三转动副沈的轴线方向呈三维正交分布；第一转动 副M与第三移动副沈同轴相连。第三运动支链3包括通过相应的连接杆顺序相连的第一移动副31、第二移动副 32、第三移动副33以及第一转动副34、第二转动副35和第三转动副36 ；其中的第一移动副 31与机架相连，第三转动副36通过连接杆与动平台4相连。第一移动副31的轴线方向、第 二移动副32的轴线方向和第三移动副33的轴线方向呈三维正交分布；第一转动副34的轴 线方向、第二转动副35的轴线方向和第三转动副36的轴线方向呈三维正交分布；第一转动 副34与第三移动副36同轴相连。上述第一运动支链1中的第一转动副14、第二运动支链2中的第三转动副沈和第 三运动支链中的第二转动副35位于同一条轴线上。上述第一运动支链1中的第二转动副15、第二运动支链2中的第一转动副M和第 三运动支链3中的第三转动副36位于同一条轴线上。上述第一运动支链1中的第三转动副16、第二运动支链2中的第二转动副25和第 三运动支链3中的第一转动副34位于同一条轴线上。上述三条轴线相交于一点，该点为动平台4的中心。上述三个运动支链的三个第一转动副14、24、34的轴线方向呈三维正交分布 ’三 个运动支链的三个第二转动副15、25、35的轴线方向呈三维正交分布；三个运动支链的三 个第三转动副16、26、36的轴线方向呈三维正交分布。上述第一运动支链1中的第一移动副11与第二运动支链2中的第一移动副21垂 直并与第三运动支链3中的第一移动副31平行；第一运动支链1中的第二移动副12与第 二运动支链2中的第二移动副22平行并与第三运动支链3中的第二移动副32垂直；第一 运动支链1中的第三移动副13、第二运动支链2中的第三移动副23和第三运动支链3中的 第三移动副33的轴线方向呈三维正交分布。本实用新型解耦的六自由度并联机构的工作原理可结合附图说明如下当第一运 动支链1的第一移动副11沿轴线伸长或缩短时，由于第二运动支链2具有轴线方向相同的 第三移动副23，第三运动支链3具有轴线方向相同的第一移动副31，因此，第一运动支链1 的第一移动副11可驱动动平台4沿第一移动副11的轴线方向移动。同理，当第二运动支链1的第一移动副21沿轴线伸长或缩短时，由于第一运动支 链1具有轴线方向相同的第三移动副13，第三运动支链3具有轴线方向相同的第二移动副 32，因此，第二运动支链2的第一移动副21可驱动动平台4沿第二移动副21的轴线方向移 动。当第三运动支链1的第一移动副31沿轴线伸长或缩短时，由于第一运动支链1具有轴 线方向相同的第三移动副11，第二运动支链2具有轴线方向相同的第三移动副23，因此，第 三运动支链3的第一移动副31可驱动动平台4沿第三移动副31的轴线方向移动。由此可 见，本实用新型解耦的六自由度并联机构具有三个解耦的移动自由度。[0033]当第一运动支链1的第一转动副14绕轴线旋转时，由于第二运动支链2的第三转 动副26及第三运动支链3的第二转动副35与第一运动支链1的第一转动副14位于同一 条轴线上，因此动平台4可以在第一运动支链1的第一转动副14的驱动下绕其轴线转动。 同理，当第二运动支链2的第一转动副M绕轴线旋转时，或当第三运动支链3的第一转动 副34绕轴线旋转时，可驱动动平台4沿分别绕相应转动副的轴线转动。因此，本实用新型 解耦的六自由度并联机构具有三个解耦的转动自由度。因此，本实用新型解耦的六自由度并联机构具有完全解耦的三个转动自由度和三 个移动自由度，一共六个自由度，每个自由度仅依赖单个主动副控制，并且机构的位置移动 与姿态变化完全隔离，具有非常好的线性关系。
权利要求1.一种解耦的六自由度并联机构，由机架、动平台以及连接在机架与动平台之间的第 一运动支链，第二运动支链和第三运动支链组成；其特征在于所述的第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链结构相同，各包括通过相应的连 接杆顺序相连的第一移动副、第二移动副、第三移动副以及第一转动副、第二转动副和第三 转动副；其中的第一移动副与机架相连，第三转动副通过连接杆与动平台相连；所述的第 一移动副的轴线方向、第二移动副的轴线方向和第三移动副的轴线方向呈三维正交分布； 所述的第一转动副的轴线方向、第二转动副的轴线方向和第三转动副的轴线方向呈三维正 交分布；第一转动副与第三移动副同轴相连。
2.如权利要求1所述的解耦的六自由度并联机构，其特征在于所述的第一运动支链 中的第一转动副、第二运动支链中的第三转动副和第三运动支链中的第二转动副位于同一 条轴线上；所述的第一运动支链中的第二转动副、第二运动支链中的第一转动副和第三运动支链 中的第三转动副位于同一条轴线上；所述的第一运动支链中的第三转动副、第二运动支链中的第二转动副和第三运动支链 中的第一转动副位于同一条轴线上；上述三条轴线相交于一点，该点为动平台的中心。
3.如权利要求1所述的解耦的六自由度并联机构，其特征在于所述的三个运动支链 的三个第一转动副的轴线方向呈三维正交分布；所述的三个运动支链的三个第二转动副的 轴线方向呈三维正交分布；所述的三个运动支链的三个第三转动副的轴线方向呈三维正交 分布。
4.如权利要求1所述的解耦的六自由度并联机构，其特征在于所述的第一运动支链 中的第一移动副与第二运动支链中的第一移动副垂直并与第三运动支链中的第一移动副 平行；所述的第一运动支链中的第二移动副与第二运动支链中的第二移动副平行并与第三 运动支链中的第二移动副垂直；所述的第一运动支链中的第三移动副、第二运动支链中的 第三移动副和第三运动支链中的第三移动副的轴线方向呈三维正交分布。
专利摘要一种解耦的六自由度并联机构，包括机架、动平台以及连接在机架与动平台之间的三条结构相同的运动支链。三条运动支链各包括顺序相连的第一移动副、第二移动副、第三移动副以及第一转动副、第二转动副和第三转动副；其中的第一移动副与机架相连，第三转动副通过连接杆与动平台相连；所述的第一移动副的轴线方向、第二移动副的轴线方向和第三移动副的轴线方向呈三维正交分布；所述的第一转动副的轴线方向、第二转动副的轴线方向和第三转动副的轴线方向呈三维正交分布；第一转动副与第三移动副同轴相连。本实用新型具有解耦的三个移动自由度和三个转动自由度，每个自由度仅依赖单个主动副控制，实现原理非常简单，具有非常好的线性关系。
文档编号B25J9/08GK201824354SQ20102052007
公开日2011年5月11日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者刘燕, 宋芳, 张帆, 徐新成, 朱建军, 胡义刚 申请人:上海工程技术大学